CC BY
16УДК 664.8.022.7:004.94(470+571)
Борисенко А. А. (мл.), Сарычева Л. А., Борисенко А. А.
Borisenko A. A. Jr, Sarycheva L. A., Borisenko A. A.
МЕТОДОЛОГИЯ И НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ РЕЦЕПТУР И ТЕХНОЛОГИЙ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ, БЛЮД И КУЛИНАРНЫХ ИЗДЕЛИЙ
METHODOLOGY AND SCIENTIFIC AND PRACTICAL RESULTS OF MODELING RECIPES AND TECHNOLOGIES OF FOOD PRODUCTS, DISHES AND CULINARY PRODUCTS
Комбинирование в рецептурах пищевых продуктов, блюд и кулинарных изделий растительного и животного сырья позволяет взаимно дополнять их недостающими биологически активными веществами, балансировать по нутриентному составу, обеспечивать высокую пищевую и биологическую ценность. Для этой цели нами разработаны методология, математическое обеспечение и программная реализация процесса оптимизации и моделирования рецептур пищевых продуктов, блюд и кулинарных изделий, позволяющие проводить расчет сбалансированности продуктов питания как по отдельным нутриентам, так и по полному комплексу пищевых веществ.
С целью создания пищевых продуктов повышенной экологической чистоты и безопасности рекомендуется применение активированных жидких систем. Результаты наших многолетних исследований показали, что использование активированных жидкостей в технологии производства пищевых продуктов и кулинарных изделий позволяет значительно сократить или полностью исключить из рецептуры различные добавки химического происхождения, осуществлять направленное безреагентное регулирование качественных показателей готовой продукции. Установлено, что активированные растворы, помимо бактерицидных или антиоксидантных свойств, могут обладать высокой биоактивностью за счет накопленной потенциальной энергии.
В результате исследований на основе комбинирования сырья растительного и животного происхождения и повышения его функционально-технологических характеристик путем биомодификации активированными растворами ферментных препаратов получены рецептуры и технологии нутриентносбалансированных пищевых продуктов и кулинарных изделий с высокими качественными показателями и степенью безопасности. Компьютерный анализ полученных рецептур и натурные эксперименты позволили установить, что они имеют высокую пищевую ценность и степень сбалансированности нутриентного состава.
Ключевые слова: моделирование рецептур, комбинирование сырья, нутриентная сбалансированность, активированные жидкие системы, функционально-технологические свойства, критерии желательности, аминокислоты.
Combining the formulations of food and cooking products of plant and animal raw materials allows to complement them by missing biologically active substances, to balance on nutrient composition, to ensure a high nutritional and biological value. For this purpose we have developed a methodology, mathematical support and software implementation of process optimization and modeling of recipes of food and cooking products, allowing to calculate the balance of food both for individual nutrients, and the full range of nutrients.
With the aim of producing food products of high ecological cleanliness and safety, it is recommended the application of activated liquid systems. The results of our years of research has shown that the use of activated liquids in technology of food production and cooking products can significantly reduce or completely excluded from the formulation of various chemical additives origin, exercise aimed reagentless regulation of quality indicators of finished products. It is established that activated solutions, in addition to or bactericidal antioxidant properties that can have high bioactivity by the accumulated potential energy.
The studies based on a combination of raw materials of vegetable and animal origin and improvement of its functional and technological characteristics by modification of activated solutions enzyme preparations obtained formulation and technology of food products and cooking products balanced nutrient composition with high quality indicators and degree of safety. Computer analysis of the received formulas and full-scale experiments have allowed to establish that they have a high nutritional value and balance of the nutrient composition.
Key words: modeling recipes, combining raw materials, balance of nutrients, activated liquid system, functional and technological properties, criteria desirability, amino acids
Борисенко Александр Алексеевич -
кандидат технических наук, доцент Ставропольский институт кооперации г. Ставрополь Тел.: 8-918-772-48-77 E-mail: [email protected]
Сарычева Людмила Александровна -
доктор технических наук, профессор Ставропольский институт кооперации г. Ставрополь Тел.: 8-918-864-65-50 E-mail: [email protected]
Борисенко Алексей Алексеевич -
доктор технических наук, профессор
Северо-Кавказский федеральный университет
г. Ставрополь
Тел.: 8-918-864-65-45
E-mail: [email protected]
Borisenko Aleksandr Alekseevich -
Ph.D. in Technical Sciences, Associate Professor
Stavropol Institute of Cooperation
Stavropol
Tel.: 8-918-772-48-77 E-mail: [email protected]
Sarycheva Lyudmila Aleksandrovna -
Doctor in Technical Sciences, Professor Stavropol Institute of Cooperation Stavropol
Тел.: 8-918-864-65-50 E-mail: [email protected]
Borisenko Alexey Alekseevich -
Doctor in Technical Sciences, Professor North-Caucasian Federal University Stavropol
Tel.: 8-918-864-65-45
E-mail: [email protected]
24
,,„ „„„„, щ ^ Ставрооодья
научно-практическии журнал
Современные тенденции и перспективы совершенствования качества пищевых продуктов, блюд и кулинарных изделий с высокой пищевой ценностью связаны с комбинированием в их рецептурах растительного и животного сырья, которое позволяет взаимно дополнять их недостающими биологически активными веществами, балансировать по нутриентному составу, обеспечивать высокую пищевую и биологическую ценность [1-4].
Известно, что животное сырье не сбалансировано по основным видам нутриентов (аминокислотному и жирнокислотнму составу, витаминам и минеральным веществам), что не позволяет создать, например, из одного мясного компонента продукт, удовлетворяющий всем физиологическим потребностям организма человека. Поэтому особую актуальность приобретает возможность использования в составе мясных и мясорастительных продуктов семян зерновых, бобовых культур, овощей, корнеплодов, орехов, грибов и продуктов их переработки [2,3].
Нами разработана методология математического обеспечения и программной реализации процесса оптимизации и моделирования рецептур пищевых продуктов, блюд и кулинарных изделий, позволяющая проводить расчет сбалансированности продуктов питания как по отдельным нутриентам, так и по полному комплексу пищевых веществ [2,5].
При этом необходимо отметить, что использование современных информационных технологий при разработке новых и совершенствовании современных технологий продуктов питания предусматривает комплекс приемов и способов, направленных в конечном итоге на регулирование физико-химических показателей животного и растительного сырья, его функционально-технологических свойств, а также качественных характеристик готовой продукции [6-11]. На практике это происходит за счет варьирования вариантов используемого сырья и технологических способов, применения различных вла-гоудерживающих, цветостабилизирующих и консервирующих добавок, как правило, неорганического происхождения (фосфатов, нитритов, синтетических красителей и т. п.). Однако известно, что нитрит натрия может быть предшественником образования сильных канцерогенов - нитрозаминов. Многие из искусственных красителей (колорантов), применяемых в таких технологиях, могут проявлять канцерогенность, мутагенность или аллергенность. Таким образом, использование подобных добавок приводит к повышению степени опасности изделий, получаемых с их использованием, что противоречит концепции государственной политики в области производства продуктов здорового питания [12].
В связи с этим результаты наших многолетних исследований позволяют рекомендовать применение активированных жидких систем [13] с целью создания пищевых продуктов повышенной экологической чистоты и безопасности.
Использование активированных жидкостей в технологии производства пищевых продуктов и кулинарных изделий позволяет значительно сократить или полностью исключить из рецептуры указанные выше добавки химического происхождения, осуществлять направленное безреа-гентное регулирование качественных показателей готовой продукции [13, 14].
Основу таких активированных жидких систем составляет активированная особыми способами вода, обладающая после активации аномальными свойствами. Среди существующих способов активации нами обосновано и апробировано применение электрохимической активации, омагничивания, а также кавитационной дезинтеграции воды.
Установлено, что активированные растворы, помимо бактерицидных или антиоксидантных свойств, могут обладать высокой биоактивностью за счет накопленной потенциальной энергии. Некоторые разработки уже прошли промышленную апробацию, авторское право на них подтверждено патентами РФ [15, 16].
Разработка пищевых технологий нового поколения оказалась возможной на основе парадигмы комплексного подхода, базирующегося на следующих результатах фундаментальных и прикладных исследований:
- раскрытие механизма процесса активации питьевой воды, исследование закономерностей изменения физико-химических и других свойств её активированных фракций;
- основные закономерности и механизмы взаимодействия активированной воды с молекулами белков, белоксодержащих препаратов (продуктов), сырья животного и растительного происхождения, определение и регулирование на этой основе их функционально-технологических свойств (набухаемости, гелеобразующей, эмульгирующей, водоудерживающей способности и др.);
- теоретические основы аналитического определения параметров регулирования физико-химических показателей белоксо-держащего сырья животного и растительного происхождения;
- разработка жидких активированных бе-локсодержащих систем и их использование при создании рецептур для регулирования функционально-технологических свойств пищевых продуктов;
- математическое моделирование и компьютерное проектирование нутриентной сбалансированности рецептур поликомпонентных пищевых продуктов по всем видам нутриентов (по аминокислотному, жирнокислотному, витаминному, микро-макроэлементному составу);
- отработанный инструментарий для установления механизмов и закономерностей межмолекулярного взаимодействия пищевых ингредиентов, планирования экспериментов, обработки данных и разработки рецептур путем построения
нейросетевых моделей в виде многослойного персептрона с использованием программного приложения Statistica Neural Networks, методов молекулярной и квантовой механики путем применения программы моделирования молекул и межмолекулярных взаимодействий ChemLab, программы статистической и математической обработки результатов, а также разработанных нами многофункционального программного комплекса Etalon и программы обработки многофакторных экспериментов.
Разработан и применяется программный комплекс, реализованный посредством алгоритмизации специального математического обеспечения для компьютерного моделирования нутриентно сбалансированных поликомпонентных пищевых продуктов [2], свидетельство об официальной регистрации № 2005610751 от 30 марта 2005 г (выдано Федеральной службой по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам).
В результате исследований получены рецептуры и технологии нутриентно сбалансированных пищевых продуктов и кулинарных изделий с высокими качественными показателями и степенью безопасности. Компьютерный анализ полученных рецептур и натурные эксперименты позволили установить, что они имеют высокую пищевую ценность и степень сбалансированности нутриентного состава.
На рисунке 1 представлен графический но-мограмный аналог мультипликативной модели частных функций желательности аминокислотного и жирнокислотного состава разработанных мясорастительных консервов (основной состав: баранина, лук, морковь, томаты, крупа перловая, перец сладкий, жир свиной, активированный белковый препарат, рапсовое и соевое масло). Критерий желательности рецептуры (по Харрингтону [2]) по незаменимым аминокислотам равен значению 0,88 ед., по жирнокислот-ному составу - 0,96 ед. Обобщенный показатель желательности составил 0,89 ед., что соответствует оценке «отлично».
бобы мунго, перец сладкий, морковь, грецкий орех). Комбинирование мясного, растительного сырья и активированных белоксодержащих систем позволило получить сбалансированные продукты с высокими потребительскими свойствами [16].
Графический номограмный аналог мультипликативной модели рецептурной композиции продукта в желе представлен на рисунке 2.
Рисунок 2 - Частные функции желательности аминокислотного состава продукта в желе
Анализ нутриентного состава разработанной рецептуры показал, что аминокислоты изо-лейцин, треонин, триптофан имеют наибольшее значение частной функции желательности, которая находится в пределах значений 0,889 - 0,970. Показатели функций желательности аминокислот находятся на достаточно высоком уровне: метионин + цистин, фенилаланин + тирозин до 0,993 и 1,0 соответственно.
Установлено, что наименьшая оценка функции соответствует незаменимой аминокислоте - лизину, так как большое его количество находится в мясе. Обобщенный критерий желательности для данной рецептуры при расчете лимитирующих аминокислот равен 0,847, что соответствует оценке «отлично» по шкале желательности.
Исходя из существующей тенденции постоянного расширения ассортимента продуктов питания глубокой заморозки со сложным сырьевым составом, проблема повышения качества таких кулинарных изделий приобретает особое значение [17]. Данные частных функций желательности аминокислотного состава разработанной рецептуры быстрозамороженного блюда представлены на рисунке 3.
Рисунок 1 - Частные функции желательности аминокислотного и жирнокислотного составов мясорастительных консервов
Разработана технология и технологическая документация на новый нутриентно сбалансированный продукт в желе (в состав входят говядина, свинина, активированные белковые смеси,
Рисунок 3 - Частные функции желательности аминокислотного состава быстрозамороженного блюда
В рецептуру быстрозамороженного блюда на основе анализа результатов компьютерного моделирования и проведенных натурных экспериментов включено следующее основное сы-
26
,,„ „„„„, Jj Ставрополья
научно-практическии журнал
рье: говядина, свинина, сухое молоко, гидроактивированный белковый препарат животного происхождения, рис, морковь, кукуруза, перец сладкий, лук, порошок грибной.
Результаты исследований показали [17], что аминокислоты лейцин, изолейцин, лизин, ва-лин в рецептуре имеют наибольшие значения частных функций желательности, которые находятся в интервалах значений 0,979-0,999. Показатели функций желательности аминокислот метионин + цистин, треонин, триптофан находятся на достаточно высоком уровне от 0,838 до 0,908. Установлено, что наименьшая оценка соответствует незаменимым аминокислотам фе-нилаланин + тирозин и составляет 0,803. Обобщенный критерий желательности для данной рецептуры при расчете лимитирующих аминокислот равен 0,922 ед., что соответствует оценке «отлично» по шкале желательности. Биологическая ценность белка в продукте составляет 99,47 %.
Основные конкурентные преимущества наших разработок достигаются путем расширения ассортимента готовой продукции и повышения ее качества, снижения себестоимости, а также интенсификации производства, которые
Литература
1. Diplock A. T., Charleux J. L., Crozier-Willi G. [et. al.]. Functional food science and defence against reactive oxidative species // British J. Nutrition. 1998. Vol. 80. № 1. P. 77-112.
2. Борисенко А. А. [и др.]. Моделирование, разработка и оптимизация продуктов здорового питания. Ставрополь : Изд-во Сев-КавГТУ, 2012. 196 с.
3. Шаззо Р. И. Современные аспекты совершенствования технологий комбинированных продуктов функционального назначения // Хранение и переработка сельхозсырья. 2004. № 9. С. 7-10.
4. Chernukha I. М., Vostrikova N. L., Yushi-na Yu. К., Bogdanova А. V. Study on the problem of iodine enrichment of food // 57 International Congress of Meat Science and Technology. Belgium, 2011. P. 127.
5. Борисенко А. А. и др. Математическое моделирование фильтрационно-диф-фузионных процессов в пористых средах (на примере мышечной ткани). Ставрополь : Изд-во СевКавГТУ, 2009. 170 с.
6. Липатов Н. Н. Информационно-алгоритмические и терминологические аспекты совершенствования качества многокомпонентных продуктов питания специального назначения // Хранение и переработка сельхозсырья. 2002. N 9. С. 25-28.
7. Краснов А. Е., Красуля О. Н., Большаков О. В., Шленская Т. В. Информационные технологии пищевых производств в условиях неопределенности. М. : ВНИИМп, 2001. 496 с.
8. Николаева С. В. Методы математического программирования моделей смесей в условиях информационной неопределен-
обеспечиваются за счет следующего комплекса мероприятий:
- комбинирования сырья растительного и животного происхождения и повышения его функционально-технологических характеристик путем биомодификации активированными растворами ферментных препаратов;
- использования низкосортного мясного сырья, в том числе с высоким содержанием соединительной ткани;
- интенсификации основных технологических процессов за счет оптимизации режимов и биомодификации сырья активированными средами;
- выпуска сбалансированных по аминокислотному, жирнокислотному, витаминному и микро- макроэлементному составу новых видов готовых изделий в варьируемом диапазоне биологической и пищевой ценности;
- сокращения сроков разработки и трудозатрат по созданию рецептур и технологий продуктов обогащенных нутриентами в результате использования разработанных нами алгоритмов и комплекса программ.
References
1. Diplock A. T., Charleux J. L., Crozier-Willi G. [et. al.]. Functional food science and defence against reactive oxidative species // British J. Nutrition. 1998. Vol. 80. № 1. P. 77-112.
2. Borisenko A. A. [et. al.] Modeling, development and optimization of healthy food. Stavropol: North Caucasus STU, 2012. 196 p.
3. Shazzo R. I. Modern aspects of improvement of the technologies of combined products of functional purpose // Storage and processing of agricultural products. 2004. № 9. P. 7-10.
4. Chernukha I. М., Vostrikova N. L., Yushi-na Yu. К., Bogdanova А. V. Study on the problem of iodine enrichment of food // 57 International Congress of Meat Science and Technology. Belgium, 2011. P. 127.
5. Borisenko A.A. [et. al.] Mathematical modeling of filtration and diffusion processes in porous media (on the example of muscle tissue). Stavropol: North Caucasus STU, 2009. 170 p.
6. Lipatov N. N. Information and algorithmic and terminological aspects of improvement of the quality of multicomponent food special-purpose Storage and processing of agricultural products. 2002. № 9. P. 25-28.
7. Krasnov A. E., Krasulya O. N., Bolshak-ov O. V., Shlenskaya T. V. Information technologies of food production in conditions of uncertainty. Moscow : VNIIMP, 2001. 496 p.
8. Nikolaev S. V. Methods of mathematical programming models mixtures in the conditions of information uncertainty // Storage and processing of agricultural products. 2006. № 10. P. 64-69.
9. Ivashkin Y. A., Nikitina M. A., Shchur D. A.
ности // Хранение и переработка сельхоз-сырья. 2006. № 10. С. 64-69.
9. Ивашкин Ю. А., Никитина М. А., Щур Д. А. Моделирование и оптимизация адекватного питания с учетом индивидуальных медико-биологических требований // Хранение и переработка сельхозсырья. 2007. № 2. С. 71-74.
10. Олехнович А. А., Вайнерман Е. С. Основные принципы построения и фундаментальные факторы, определяющие интегральную ценность и качество пищевых систем // Хранение и переработка сельхозсырья. 2008. № 5. С. 24-27.
11. Чернуха И. М. Теория и практика создания мясных продуктов биокоррегирующего действия с использованием методов пищевой комбинаторики: дис. ... д-ра техн. наук. М., 2009. 342 с.
12. Храмцов А. Г., Садовой В. В., Самыли-на В. А. Методика нейронных сетей в прогнозировании безопасности и качества пищевых продуктов // Хранение и переработка сельхозсырья. 2004. № 12. С. 4748.
13. Теоретические основы пищевых технологий: в 2 книгах. Книга 1 / отв. редактор В. А. Панфилов. М. : КолосС, 2010. 608 с.
14. Судакова Н. В., Борисенко Л. А., Бори-сенко А. А. (ст.), Борисенко А. А., Коко-ева В. С., Брацихин А. А. и др. Использование активированных растворов при производстве мясопродуктов нового поколения // Вестник Северо-Кавказского государственного технического университета. Ставрополь : СевКавГТУ, 2008. № 3 (16). С. 74-76.
15. Пат. 2328882 РФ, МПК А23L 1/314. Рецептурная композиция мясорастительного консервированного продукта / Борисен-ко А. А. (ст.), Судакова Н. А., Сарычче-ва Л. А., Борисенко А. А., Кокоева В. С. Опубл. 20.07.2008, Бюл. № 20.
16. Пат. 2341982 РФ, МПК А23L 1/31, А23L 1/314. Рецептурная композиция мясных изделий в желе / Бузанова М. И., Бо-рисенко Л. А., Борисенко А. А., Бори-сенко А. А. (ст.). Опубл. 27.12.2008, Бюл. № 36.
17. Борисенко Л. А., Борисенко А. А., Лагере-ва А. В. и др. Разработка рецептур новых видов быстрозамороженных блюд с использованием компьютерного проектирования // Материалы XII региональной научно-технической конференции «Вузовская наука - Северо-Кавказскому региону», т. 1. Естественные и точные науки. Технические и прикладные науки. Ставрополь : СевКавГТУ, 2008. С. 217.
Modeling and optimization of adequate nutrition, individual medical and biological requirements // Storage and processing of agricultural products. 2007. № 2. P. 71-74.
10. Olekhnovich A. A., E.S. Vainerman Basic principles and fundamentals integral value and quality of the food system / A. A. Olekh-novich // Storage and processing of agricultural products. 2008. № 5. P. 24-27.
11. Chernukha I. M. Theory and practice of creation of meat products ¿MOKoppempyro^ero actions using the methods of food combinatorics : dis. d-RA technology of Sciences. M., 2009. 342 p.
12. Khramtsov A. G., Sadovoi V. V., Samilina V. A. Methodology of neural networks in prediction of safety and quality of food // Storage and processing of agricultural products. 2004. № 2. P. 47-48.
13. Theoretical basis of food technologies: in 2 books. Book 1/ resp. editor V.A. Panfilov. Moscow : «Colossus», 2010. 608 p.
14. Sudakova N. V., Borisenko L. A., Borisen-ko A. A. (older), Borisenko A. A., Koko-eva V. S., Bracihin A. A. [et. al.]. Use of activated solutions in production of meat products of new generation // Bulletin of the North Caucasian state technical University. Stavropol, 2008. № 3 (16). P. 74-76.
15. Pat. 2328882 of the Russian Federation, the IPC A23L 1/314. Recipe composition of meat-vegetable tinned food/ Borisen-ko A. A. (older), Sudakova N. A., Saryche-va L. A., Borisenko A. A., Kokoev V. S. Publ. 20.07.2008, bul. № 20.
16. Pat. 2341982 of the Russian Federation, the IPC A23L 1/31, A23L 1/314. Formulated composition of meat products in jelly / Bu-zanova M. I., Borisenko L. A., Borisenko A. A., Borisenko A. A. (older). Publ. 27.12.2008, bul. № 36.
17. Borisenko L. A., Borisenko A. A., Lagereva A. V. Development of formulations of new types of quick-frozen dishes with the use of computer-aided design // Materials of the XII regional scientific and technical conference «University science to North-Caucasus region», Vol.1. Natural and exact Sciences. Technical and applied Sciences. Stavropol, 2008. P. 217.
